Датчик положения ротора биротативного вентильного электродвигателя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (11) уа) Н 02 К 29/02 РЕТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН ПИСАНИЕ ИЗ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕ(86) 1, Авторское свицетепьство СССР М 233486, кл. Н 02 К 29/02, 1967..2 е" Авторское свидетельство СССР Ж 437183, кп, Н 02 , К 29/02, 19723. Авцорское свидетельство СССР И 193324, кп. О 08 С 9/О, 1965. (84) (87) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ РОм ТОРА БИРОТАТИВНОГО ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, соцержаший ротор с сигнальными элементами, выполненными в виде магнитопровоцов, одна из поверхностей которых выполнена зубчатой, примыкающих с двух сторон к аксиально намагниченномупостоянному магниту, магниточувствительные элементы, связанные со статором, и замыкатель магнитного потока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения функциональныхвозможностей, замыкатель укрепленс возможностью перемещения относительно магниточувствительных элементови ротора и выполнен в виде магнитопроводов, одна из поверхностей кажцого из которых, обращенная к зубчатойповерхности магнитопровоца сигнальныхэлементов ротора, выполнена такжезубчатой, зубцы разны) магнитопровоцов замыкателя смещены на фиксированный угол, а магниточувствительныеэлементы размещены в возцушном зазоре между обращенными друг к другуглацкнми поверхностями магнитопроводов сигнальных элементов ротора и замыкателя.Изобретение относится к электричеоким машинам, а именно к вентипьнымбиротативным двигателям, в которыхобеспечивается встречное вращениероторов с расположенными на них сио 5темой возбужцения и якорной обмоткой, и может быть использовано в такого типа двигателях цля привода бурового инструмента (встречно вращающихся фрее и т.п,) и других механизмов, установленных на опорах, возцействие на которые реактивных вращающих моментов недопустимо ипи нежелательно.Известны цатчики положения ротора 15вентильных цвигателей (бесконтактные),обеспечивающие информацию об угловомположении ротора относительно статора,например, в вице электрических сигналов. При этом сигналы снимаются с 20неподвижно установленных чувствительных ээпементов, возбужцаемых сигнальным сектором, закрепленным на роторедвигателя,Известен датчик, содержащий магниточувствитепьные элементы, представляющие собой цроссепи насыщения,расположенные в непоцвижно закрепленной относительно корпуса обойме, исигнальные секторы, выполненные в 30вице постоянных магнитОв, укрепленныхна роторе двигателя 1.Недостаток известного датчика заклю, чается в низкой нацежности и бопьшомобъеме материала, требуемого цпя изготовления постоянных магнитов. Низкаянацежность объясняется тем, что постожные магниты, закреплены на вращающейся части машины, Это связано сопределенными трудностями при их креппении, в особенности, если машинавысокоскоростная ипи ротор имеет сравнительно бопьшой диаметр, обусловли-вающий значительный угловой размеравгнального сектора, который в этомслучае выполняется сборным из нескольких магнитов, при этом также имеетместо большой расход постоянных магнитов,Известны цатчики положения рото 50 ра, в которых неподвижно относительно корпуса закреплены не только чувствительные магниты, а установленные на роторе магиитомягкие сигнальные сев тора выполняют роль распределителей 55 (коммутаторов) магнитного потока неподвижно закрепленных постоянных магнитов, обеспечивая замыкание магнитного потокапибо через чувствитепьный элемент, либо через шунт. В таких цатчиках каждый неподвижно закрепленный аксиально намагниченный магнит образует с чувствительным элементом магнитную цепь, замыкаемую с помощью магнитомягкого сигнального сектора через цва возцушных зазора. Чередующиеся с сигнальными секторами магнитомягкие шунтыобеспечивают замыкание магнитногопотока (минуя чувствительный элемент),за счет чего повышается крутизна фронтов выхоцного сигнала и его краъность., Такие датчики более надежны и содержат меньшее количество постожных магнитов 2 .Нецостатком датчиков является плохое использование магнитов и боль шое число возцушных зазоров ( в рас смотренной конструкции: два цпя замы кания потока через чувствиеельный элемент и два - через шунт) межцу поцвижной и неподвижной частями,Бопее эффективное использованиепостоянных магнитов при уменьшениичисла воздушных зазоров цостига ется, если постоянный магнит расположен на роторе и снабжен магнитомиякими цопюсными наконечниками, содержащими сигнальные сектора.Наиболее близким к прецпагаемому по технической сущности является датчик положения, ротора, содержащий ротор с сигнальными элементами, выполненными в виде магнитопровоцов, одна из поверхностей которых выполнена зубчатой, примыкающих с двух сторон к аксиально намагниченному постоян ному магниту, магниточувствительны е элементы. связанные со статором, и замыкатель магнитного потока 1 3 .Нецостатком перечисленных датчиков явпяется невозможность использова ния их в биротативном вентильном . двигателе, т.е. в двигателе, роторы которого с системой возбуждения и якорной обмоткой вращаются в противоположные стороны относительно непоцвижного корпуса. При расположении чувствительных элементов на статоре возникает проблема поцвецения к ним питания и снятия с них сигнала, посколь. ку его появление возможно при любом произвольном угловом положении стато, ра относительно неподвижного корпуса, предвидеть которое заранее невозможно, Поэтому эти цатчики не позволяютобеспечить работу биротвтивного вентильного цвигателя без примененияскользящих контактов цля звпитки и:снятия выходных сигналов чувствительных элементов. 5Белью изобретения является -расширение функциональных возможностейдатчика,Поставленная цель достигается тем,что в датчике положения ротора, соцержащем ротор с сигнальными элементами;выполненными в вице магнитопровоцов,одна из поверхностей которых выполнена зубчатой, примыкающих с двух сторон к аксиально намагниченному постоы ному магниту, магииточувствительныеэлементы, связанные со статором,; изамыкатель магнитного потока, замыкатель укреплен с возможностью пермещения относительно мвгниточувствительных элементов и ротора и выполнен в вице магнитопроводов, одна изповерхностей каждого из которых, обращенная к зубчатой поверхности магни-,тоцровода сигнальных элементов ротора, выполнена также зубчатой, зубцыразных магнитопроводое замыкателясмещены на фиксированный угол, амагниточувствительные элементы размещенй в возцушном зазоре межцу обращенными друг к другу гладкими поверхностями магнитопровоцов сигнальныхэлементов ротора и звмыкателя,На фиг. 1 приведена конструкцияцатчика с одним магниточувствительным элементом; на фиг. 2 - конструь 35тивная схема датчика с тремя мвгниточувствитепьными элементами; на фиг. 3 то же, вид слева (взаимное расположение сигнальных секторов встречновращающихся частей: звмыкателя магнитного потока и мвгнитопровоца магни-:та). Датчик соцержит мвгниточувствитель ный элемент 1, неподвижно закрепленный на корпусе (не показан), расположенный нв роторе 2 кольцевой вксиально намагниченный постоянный магнит 3 с примыкающими и жему магнитопроводами 4 и 5 И замыкатель 6 магнитноь. 50 го потока. Одна из поверхностей магии топровоцов, в именно поверхность магнитопроводв 4, выполнена гладкой, коль цевой, а поверхность магнитопровоцв 5 имеет сегментообраэный зубец 7, обре 55 , эующий один из сигнальных секторов. Замыкатель 6 магнитного потока также имеет гладкую кольцеобрвзную поверхность 8,расположенную ковксивлъно с магнито провоцом 4, и зубец 9, образующий цругой сигнальный сектор, расположен ный в плоскости зубца 7 мвгнитопровода 5. Создаваемый магнитом 3 магнитный поток замыкается либо че рез мвгниточувствительный элемент (по цепи; магнитопровоц 5, сегментообразный зубец 7, зубец 9, замыкатель 6 магнитного потока, кольцеобраэную поверхность 8, магниточувствительный, элемент 1, магнитопровоц 4, постоянный магнит 3), либо, минуя чувствительный. элемент, если сегменто образный зубец 7 и зубец 9 сдвинуты относительно друг друга нв угол, превышающий полусумму угловых размеров сигнальных секторов. по путям рассеяния межцу мвгнитопровоцами 4 и 5.Датчик,привеценный на фиг. 2 и 3, содержит поцвижную часть 10, вращающийся в противоположном по отношению к ней направлении замыкатель 11 мы-нитного потока и непоцвижно закрепленные относительно корпуса мвгниточувствительные элементы 12, 13 и. 14. Подвижная часть 10 включает в себя аксиально намагниченный кольцевой магнит 15 и прилегающие х его полк сам магнитопровоцы 16 и 17. Оцин из магнитопроводов, например магнитопровоц 16,выполнен в вице циска, имеющего на периферийной части три кольцевых зубца 18, 19 и 20. Магнитопровоц 17 имеет сегментообразный зубец 21. Число сегментообраэных выступов магнитопровоца .17 равно числу пар полюсов вентильного двигателя. Нв фиг. 2приведен датчик цвигвтеля с одной парой полюсов. Замыкатель 11магнитного потока состоит из мвгнитопровоцов 22, 23 и 24, не связанных между собой в магнитном отношении; имеющих соответственно с одной стороны кольцеобрвзные зубцы 25, 26 и 27 и с цругой - сегментообразные зубцы 28, 29 и 30.Магнитная развязка мвгнитопровоцов 22, 23 и 24 достигается, например, за счет применения диэлектрических колец 31 и 32. Из фиг, 3 вицно, что сегментообразные зубцы 28, 29 и 30 выполнены со сцвигом относительно цруг цруга. Величина углового сцвигв межцу ними определяется величиной межкоммутационного интервала, которая цля рассматриваемого цвтчика (фиг. 3) составляет 120 . Сумма углов сегмен- о1035743 Попожитепьный эффект датчика эвюпо нается в искйючении скопьэящих кон, тактов при сравнении его с контактнымдатчиком попожения и в обеспечении возможности биротвтивной работы вентильного цвигатепя при сравнении его с бесконтвктными мвгнитомодупяционными датчиками известных конструкций. тообразного зубца 21 и какогс.либо из зубцов 28, 29 и 30 также определяется значением межкоммутационного интервала и дпя приведенного нвфиг. 3 примера составляет 120 . 5Замыквтепь 11 магнитного потокарасположен о гноситепьно подвижнойчасти 10 таким образом, что копьцеобраэные зубцы 25, 26 и 27 расположены коаксиапьно копьцевым зубцы 18, 1019 и 20 соответственно, В зазорахмежду ними располагаются магниточувствитепьные эпементы 12, 13 и 14 - поодному на каждый зазор, при этомсегментообразные зубцы 28, 29 и 30 15должны располагаться в плоскостисегментообразного зубца 21.При установке на электрическуюмашину подвижная часть 10 и звмыкатель 11 магнитного потока устанавпиваются на вращающиеся в противопопожные стороны роторы, на одном иэ которых находится система возбужцения,в на другом - магнитопровоц с якорнойобмоткой. Магниточувствитепьные эпе 25менты 12, 13 и 14 крепятся непоцвижно относительно корпуса машины.1Работа датчика основана на том,что магнитный поток, созцаваемый поо-тоянным магнитом подвижной части, З 0коммутируется замыквтепем магнитного потока гаким образом, что направляется в какой-либо иэ зазоров междукопьцеобразными зубцами, где распопвгается соответствуйнций мвгниточувствительный элемент.Квк при вращающихся, так и призаторможенных роторах взаимное расположение сегментообразного выступа поцвижгнойчасти,например зубца 21 (фиг. 2), 4 и магнитопровоцов 22, 23 и 24 обеспе чивает замыкание магнитного потока через один из магниточувствитепьных элементов.Так, в положении, изображенном на фиг. 3 мвгнитопроводом замыкатепя через сегментообрвэный зубец 28 магнитопровоца 22, копьцеобразный зу бец 25, магниточувствитепьный эле- мент 12 и копьцеобразный зубец 18. Через мвгниточувствитепьние элементы 13 и 14 магнитный поток отсутствует (точнее, имеет место незначительный по величине поток рассеяния, не. вызывающий срабатывания чувствитепь ных эпементов).При направлениях вращения, обозна ченных стрелками ЗЗ и 34, коммутация магнитного потока произойцет тогца, когда передняя кромка 35 сигнального сектора совпацет скромкой 36 сегм ментообразного выступа 30. При этом уменьшится магнитный поток через мюнитопровод 22 и магниточувствитеж ный элемент 12 и увепичится через магнитопровод 24 и магниточувствитепьный эпемент 14. Аналогичным образом обеспечивается коммутация магнитного потока с магниточувствитепьного элемента 14 на 13 ит.ц.1038743 22 Л 11 25 Составитель А. Санталов Рецактор М. Петрова Техрец Т.Маточка, Корр Заказ 5851/57 Тираж 687 Поцпи ВНИИПИ Госуцарственного комитета СССРпо целам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., ц. 4/5филиал ППП фПатентф, г. Ужгороц;- ул. Проектнан